Des logiciels d’écoconception pour une construction plus écologique

L’écoconception con­siste à pren­dre en compte les aspects envi­ron­nemen­taux dans la con­cep­tion d’un pro­duit, une démarche applic­a­ble aux bâti­ments. Au-delà du bilan car­bone, il con­vient de pren­dre en compte les impacts sur la san­té, la bio­di­ver­sité et les ressources naturelles. Le choix des matéri­aux influ­ence les besoins énergé­tiques d’un bâti­ment. Il faut donc opti­miser l’ensemble du cycle de vie, de la fab­ri­ca­tion à la fin de vie. 

Pour répon­dre à ces objec­tifs, nous dévelop­pons des out­ils logi­ciels pour faciliter le proces­sus de con­cep­tion. Il est pos­si­ble de dévelop­per un mod­èle sim­pli­fié dans la phase ini­tiale de con­cep­tion ou d’utiliser une maque­tte numérique (build­ing infor­ma­tion mod­el). Ces out­ils per­me­t­tent aux archi­tectes et aux ingénieurs d’op­ti­miser les pro­jets de con­struc­tion en ter­mes de bilan énergé­tique, de con­fort ther­mique et d’im­pact envi­ron­nemen­tal en faisant vari­er divers paramètres et en analysant le résul­tat final. Ces paramètres con­cer­nent l’enveloppe des bâti­ments (iso­la­tion et iner­tie ther­mique) et les sys­tèmes (chauffage, cli­ma­ti­sa­tion, ven­ti­la­tion), mais l’évaluation tient égale­ment compte du cli­mat et du com­porte­ment des utilisateurs.

Une telle approche d’é­co­con­cep­tion pro­gresse dans le secteur du bâti­ment. L’ob­jec­tif est de pren­dre des déci­sions per­ti­nentes le plus tôt pos­si­ble dans le proces­sus de con­cep­tion d’une con­struc­tion, car ce sont celles qui auront le plus d’im­pact sur la per­for­mance envi­ron­nemen­tale d’un pro­jet in fine. C’est pourquoi il est impor­tant de dis­pos­er de logi­ciels per­me­t­tant de com­par­er facile­ment dif­férents paramètres archi­tec­turaux et tech­niques, et, par exem­ple, de choisir l’orientation d’un bâti­ment et la sur­face des fenêtres pour amélior­er l’efficacité énergé­tique. Après cette phase d’esquisse, le choix des matéri­aux à utilis­er dans la con­struc­tion peut être affiné. Il est, par exem­ple, préférable, en ter­mes d’impacts envi­ron­nemen­taux et de résilience face aux canicules, de con­stituer une couche inerte en terre crue ou en maçon­ner­ie à l’intérieur et une couche isolante biosour­cée à l’extérieur plutôt que de mélanger ces matéri­aux dans un béton de chan­vre ou de bois.

Nous pou­vons égale­ment com­par­er les per­for­mances d’un pro­jet avec des valeurs de référence que nous avons étab­lis à par­tir de mil­liers de cal­culs afin d’évaluer les impacts min­i­mum et max­i­mum de dif­férents types de bâti­ments. Par exem­ple, nous avons cal­culé com­bi­en de kilo­grammes de dioxyde de car­bone (CO₂) équiv­a­lent sont émis par mètre car­ré et par an par dif­férents bâti­ments. Cela nous donne une valeur min­i­male et max­i­male pour ce paramètre – par exem­ple, entre 10 et 120 kg de CO₂/m²/an pour les loge­ments. Le con­cep­teur peut alors éval­uer com­ment se situe son pro­jet par rap­port à ces valeurs de référence et si – les impacts envi­ron­nemen­taux sont trop élevés – il peut con­tin­uer à amélior­er son projet.

Nous éval­u­ons les impacts sur l’ensem­ble du cycle de vie d’un bâti­ment, de la fab­ri­ca­tion des matéri­aux de con­struc­tion à l’utilisation, la réno­va­tion et la fin de vie. Il s’ag­it d’une méth­ode d’ingénierie envi­ron­nemen­tale appelée « analyse du cycle de vie ». Si ces cal­culs sont apparus à la fin des années 1980, ils seront exigés par la loi à par­tir de 2022 pour tous les nou­veaux bâti­ments afin de garan­tir la réduc­tion des émis­sions de gaz à effet de serre. Il s’agit d’une avancée impor­tante même si cer­tains aspects de la régle­men­ta­tion doivent encore être améliorés.

Out­re les émis­sions de gaz à effet de serre, il faut aus­si éval­uer l’im­pact des pro­jets de con­struc­tion sur la san­té humaine, la bio­di­ver­sité et les ressources envi­ron­nemen­tales. Ces approches d’é­val­u­a­tion d’im­pact sont étudiées dans les lab­o­ra­toires de recherche au niveau inter­na­tion­al et appa­rais­sent de plus en plus dans les normes, telles que l’ISO et le CEN (Comité européen de nor­mal­i­sa­tion). L’Or­gan­i­sa­tion mon­di­ale de la san­té (OMS) avait ain­si défi­ni un indi­ca­teur con­cer­nant les années de vie en bonne san­té, appelé DALY (Dis­abil­i­ty adjust­ed life years, années de vie ajustées sur l’invalidité). Notre approche ana­logue nous per­met d’é­val­uer l’im­pact poten­tiel d’un bâti­ment sur la san­té en fonc­tion des sub­stances tox­iques émis­es et des con­séquences climatiques.

Pour éval­uer l’im­pact poten­tiel d’un bâti­ment sur la bio­di­ver­sité, l’indi­ca­teur que nous util­isons est le pour­cent­age d’e­spèces sus­cep­ti­bles de dis­paraître à cause de ce bâti­ment sur un cer­tain ter­ri­toire et sur une cer­taine durée. Cet indi­ca­teur prend en compte l’effet sur le cli­mat, l’acidification, et l’eu­trophi­sa­tion. Ce dernier phénomène est dû à des sub­stances qui agis­sent comme des engrais, qui pol­lu­ent ensuite les riv­ières et les appau­vris­sent en oxygène. L’u­til­i­sa­tion des sols est égale­ment prise en compte.

Les nou­veaux bâti­ments ne représen­tent chaque année qu’en­v­i­ron 1 % du parc exis­tant. Si nous voulons réduire l’im­pact envi­ron­nemen­tal glob­al de la con­struc­tion, nous devons donc égale­ment rénover les bâti­ments exis­tants. Cela peut pos­er prob­lème pour les mon­u­ments his­toriques ou, par exem­ple, les apparte­ments anciens en ville, dont les façades ne peu­vent pas être isolées par l’ex­térieur. Il faut donc les isol­er par l’in­térieur, ce qui implique la perte de pré­cieux mètres carrés. 

Heureuse­ment, l’é­co­con­cep­tion peut être appliquée aux pro­jets de réno­va­tion : nos mod­èles et nos logi­ciels fonc­tion­nent aus­si bien pour les bâti­ments anciens que pour les nouveaux.

En effet, nous avons tra­vail­lé sur de nom­breux pro­jets dans des secteurs très var­iés – loge­ments, bureaux, écoles. Nous avons donc eu de nom­breuses occa­sions de tester nos out­ils et d’é­val­uer dif­férentes con­cep­tions, que ce soit pour des bâti­ments neufs ou anciens. Il appar­tient ensuite aux bureaux d’é­tudes et aux archi­tectes d’in­té­gr­er ces out­ils dans leur tra­vail quotidien.

L’une de nos tech­niques d’op­ti­mi­sa­tion, basée sur les « algo­rithmes géné­tiques », a été util­isé par des con­struc­teurs de maisons indi­vidu­elles. Cet out­il fonc­tionne un peu comme lorsqu’un agricul­teur choisit les meilleurs ani­maux pour dévelop­per son trou­peau sur plusieurs généra­tions. Nos « gènes » peu­vent être l’é­pais­seur d’un isolant et la sur­face du vit­rage des fenêtres par exem­ple. De généra­tion en généra­tion, nous choi­sis­sons les com­bi­naisons de gènes qui pro­duisent les meilleures per­for­mances en ter­mes d’im­pact envi­ron­nemen­tal et de coût de con­struc­tion, puis nous four­nissons nos recom­man­da­tions aux constructeurs. 

Pour aller plus loin 
- Peu­porti­er B., Eco-con­cep­tion des bâti­ments et des quartiers, Press­es de l’Ecole des Mines, 336p, novem­bre 2008, http://​www​.press​es​desmines​.com/​e​c​o​-​c​o​n​c​e​p​t​i​o​n​-​d​e​s​-​b​a​t​i​m​e​n​t​s​-​e​t​-​d​e​s​-​q​u​a​r​t​i​e​r​s​.html
- Wurtz A., Peu­porti­er B., Appli­ca­tion de l’analyse de cycle de vie à un échan­til­lon de bâti­ments pour l’aide à l’évaluation des pro­jets, Con­férence IBP­SA-France, Reims, novem­bre 2020
- Recht T., Robil­lart M., Schal­bart P., Peu­porti­er B., Éco-con­cep­tion de maisons à énergie pos­i­tive assistée par opti­mi­sa­tion mul­ti­critère, Con­férence IBPSA France, Marne-la-Val­lée , mai 2016